1引言
随着电力电子器件的发展和各种电机控制理论的不断完善，电机控制性能得到了大幅提高。目前应用得最多的还是结构简单和控制相对简单的通用型变频器[1]，由于通用型变频器采用不可控二极管整流，存在输入电流谐波数大、能量利用率低、不能四象限运行等缺点。
为了克服这些缺点，本文利用PWM整流技术，介绍了以TMS320F2812为核心控制芯片的电路设计，用MATLAB软件对双PWM变频器进行了仿真研究。在此基础上，搭建了系统实验平台，进行了双PWM变频器实验，通过分析实验波形，证明了双PWM变频技术的正确性和实用性。
2电流源型双PWM变频器拓扑结构
电流源型双PWM变频器拓扑结构直流[2][3]则采用大电感进行直流储能，直流电流波形比较平直，输出交流电流是矩形波或阶梯波，交流侧增加了滤波电容，与网侧电感一起组成LC滤波器，以滤除网侧谐波电流，并抑制交流侧谐波电压。
2.1功率器件为晶闸管
以晶闸管为功率器件的电流源型双PWM变频器的主电路拓扑结构，如图1所示，这种拓扑结构有着很明显的缺点，因为晶闸管只能是开通可控，关断不可控，因此，人们很少使用了。
图1 功率器件为晶闸管的电流源型双PWM变频器
2.2功率器件为IGBT
以IGBT为功率器件的电流源型双PWM变频器的主电路拓扑结构，如图2所示。IGBT导通、关断都是可控，并且功率的容量和耐压值能达到很高。
图2 功率器件为IGBT的电流源型双PWM变频器
3控制电路设计
双PWM变频器的主控芯片采用TI公司28系列的2812等芯片，该芯片具有一些用于电机控制的专门接口(例如PWM模块、正交编码脉冲电路等)，同时芯片的主频达到150Mz时，运算速度快，资源丰富，通用性强，使得一些复杂的电机算法得以实现。下面接受各电路的设计[4]。
3.1采样电路设计
在双PWM变频器中，整流需要获得网侧三相交流电流、电压和直流侧电压、电流信号，逆变需要获得逆变输出的三相交流电流、电压信号。因此采样电路对控制系统来说是非常重要的。
由于DSP自带的AD精度达不到要求，因此外扩了型号为AD789lAS-1的AD，该芯片是并行方式运行、具有12位8通道，采样电压的宽度为士10V，最快转换周期是80ns。
由于考虑到高压和低压的隔离，电流、电压的采样都是利用高精度的霍尔元件，其输出信号是电流信号，因此需要采样电阻将其转化为电压信号。采样电路如图3所示，其中Rl和R2是采样电阻，R3、cl和R6、cZ分别组成Rc滤波，Dl、D2是为了保护AD采用的10V的稳压管。
图3 电流、电压采样电路
3.2转速测量电路设计
目前所采用的编码器其输出信号都是脉冲信号，容易受到干扰。为了准确的进行测速，采用光祸进行隔离，这样可以得到清晰地脉冲信号。通过6路信号，可以进行转速和转子位置测量。当转速比较高时，可以将ABz相应的Io口配置成QEP电路模式；当转速比较低时，可以将ABZ相应的10口配置成C妙电路模式，这个在软件设置中可以自由的切换，方便编程。图中下半部分是采用门电路进行电平转换，将SV的脉冲信号转换成DSP可以接受的3.3V，确保DSP不受损害，原理图如图4所示。
图4 转速测量电路
3.3保护电路设计
在整个系统中，各种保护电路[5]是非常重要的，它起到保护系统安全的作用。以过流保护为例。
三相交流电通过Bl、BZ、B3这三个双二极管整流成直流电，从电路图5中可知，U9lB的输入电压是负压，通过反向跟随以后其输出为正压了，方便后续电路进行判断。由比较器LM393与设定值相比较，如果比较器的输入值大于设定值，则输出电平，表明为过流故障。
图5 过流保护电路
4子程序软件设计
AD采样子程序：进入到AD采样子程序，将片选信号变低选通AD，然后写地址确定采样通道，接着启动模数转换，循环等待直到转换结束，之后读取、处理转换结果。由于AD采样的零点可能会有偏移，因此每次运行主程序之后，先采1000个数据，然后进行校正，这样有利于系统的控制精度。
软件保护子程序：每次中断的时候都要进行各种保护信号的判断，当有保护信号产生时，将通过配置寄存器关闭PWM的输出。
流程图如图6所示。
图6 子程序流程图
5双PWM变频器实验
双PWM变频器的功率器件选用三菱生产的智能功率模块(IPM)，其参数为额定电流75A，耐压值1200V，满足10kW变频器运行的功率要求。本实验电感取L=7mH。
电机突然堵转时电机电流和直流母线电压的波形，如图7所示，当电机突然停止转动时，电机的机械能转化为电能，并流向直流母线，由于整流器侧有直流母线电压闭环，因此从图中可以看到直流母线有很小的波动，几乎没有变化，根据能量守恒定律，则直流母线的能量必定是流向了电网，因而可以说实现了能量回馈。
电机突加负载时网侧电流和直流母线电压波形，如图8所示，电压控制在600V，电机侧突加负载时网侧电流和直流母线电压的波形，从图8中可以清晰的看到，突加负载后，电流峰峰值从14A上升为26A，但是电流母线电压几乎看不出来任何变化，这充分的说明了整流器侧的功率输出可以快速地跟随逆变器侧功率的变化。
图7 电机突然堵转时电机电流和直流母线电压的波形
图8 电机突加负载时网侧电流（左侧）和直流母线电压波形（右侧）
6结束语
本章首先介绍了控制电路的设计，包括采样电路、保护电路、转速测量电路。然后，通过实验验证了双PWM变频器的控制策略以及控制效果，能量在双PWM变频器中可以随意的流动，基本上满足了性能要求。
作者简介
于平（1985-）女在读研究生，现就读于中国矿业大学，专业为控制工程。
参考文献
[1]解仑，杜沧，董冀媛，祝长生等．大容量异步电动机双馈调速系统[M]．北京:机械工业出版社，2009.
[2]丁荣军，黄济荣．现代变流技术与电气传动[M]．北京：科学出版社，2009．
[3]王兆安，黄俊．电力电子技术(第4版)[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[4]林渭勋．现代电力电子电路[M]．杭州：浙江大学出版社,2002．
[5]董晓鹏．PWM整流器直流电压对电源电流的影响[J]．电力电子技术，1998，32(3)：7-11．
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